CN101092976A - 离心压气机扩压器叶片内引气流动控制增效装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心压气机径向/轴向扩压器叶片内引气流动控制增效装置，该装置是由扩压器、吸气槽、引气管和集气室构成；扩压器是离心压气机径向/轴向扩压器；吸气槽位于扩压器叶片吸力面表面存在流动分离的相近区域，可以为一个或多个；引气管位于扩压器叶片内部，是一个连通各个吸气管的通气管道；集气室位于机匣流道外部，是扩压器表面吸气槽抽吸小股低能气流之后通过引气管气流汇集的腔室；吸气槽将扩压器吸力面表面的低能流体吸入引气管，并将其输运至集气室，经过混压之后排出系统。

Description

离心压气机扩压器叶片内引气流动控制增效装置

(一)技术领域：

本发明涉及一种离心压气机扩压器叶片边界层流动控制增效装置，属于航空航天器发动机技术领域。

(二)背景技术：

微小型无人机、靶机、巡航导弹以及各类轻型微型飞行器，在现代军事领域得到了广泛的运用和快速发展，国内外针对微型涡轮发动机的研制工作受到越来越多的重视。离心压气机特性平缓，单级压比较高，加工工艺较好，主要应用于微型涡轮发动机中。离心压气机一般具有高转速、高压比、进口跨音等工作要求，径向/轴向扩压器容易出现流动分离，影响压气机的气动性能。从气动设计的角度改善扩压器叶片的设计，减弱或抑制流动分离是十分困难的。采用边界层吸气技术实现流动控制，能够在很小的流量损失的情况下，非常有效的减弱甚至抑制流动分离，使得大尺度流动分离所导致的气动损失显著降低。

普朗特早在1904年就已经提出了用吹/吸附面层来延缓气流分离的办法，并在超音速进气道中得到应用。一般来讲，流动控制定义为用细小的流动变化来改变比其大得多的流动特性，如延缓分离、加强或减弱混合、建立“虚拟”形状，以及减小阻力等，广泛应用于航空航天器、舰船和其他流体机械领域。研究表明，在叶片表面吸气，可以延缓气流分离，提高扩散度，从而提高级压比。在叶片吸力面表面开槽/开孔，吸除叶片表面的低能流体，防止或推迟附面层分离，使叶型可以达到很大的弯度，风扇或压气机负荷大大提高。图3、4所示为某叶栅及其尾缘加吸气槽的网格示意图。从图5、6马赫数等值线分布可以清楚的看出，经过尾缘吸气之后，该叶栅尾缘的流动分离状况得到了显著的改善，尾迹明显减薄。

(三)发明内容：

本发明的目的在于：提供一种离心压气机扩压器叶片表面局部引气的增效装置，以改善离心压气机扩压器流动分离的问题，采用了叶片表面边界层流动控制技术。

本发明一种离心压气机扩压器叶片内引气流动控制增效装置，其技术方案在于：该装置由扩压器、扩压器叶片表面的吸气槽(或吸气孔)、扩压器叶片内部的引气管和在机匣(或轮毂)设置的集气室构成。扩压器是离心压气机中的某个扩压器叶片；吸气槽(或吸气孔)位于扩压器叶片吸力面表面存在流动分离的相近区域，可以为一个或多个；引气管位于扩压器叶片内部，是一个连通各个吸气管的通气管道；集气室位于机匣流道外部，是扩压器表面吸气槽(或吸气孔)抽吸小股低能气流之后通过引气管气流汇集的腔室。吸气槽(或吸气孔)将扩压器吸力面表面的低能流体吸入引气管，并将其输运至集气室，经过混压之后排出系统。该发明的核心在于通过离心扩压器叶片表面局部引气，抑制离心压气机径向/轴向扩压器边界层分离，降低损失，提高压气机性能，同时，引出的气体可用于发动机热端部件冷却和进气防冰。

其中，该集气室可位于轮毂流道外部。

其中，离心压气机扩压器，叶片表面开设吸气孔或吸气槽，抑制离心压气机径向/轴向扩压器边界层分离，降低损失，提高压气机性能，同时，引出的气体可用于发动机热端部件冷却和进气防冰。

本发明一种离心压气机扩压器叶片内引气流动控制增效装置，其优点及功效在于：

1、易于加工，对结构设计要求不高。在扩压器叶片表面开吸气孔或吸气槽2，以及在叶片内部通引气管对于当前的加工工艺水平来说都不难实现。

2、实现扩压器叶片边界层流动控制。在扩压器叶片表面通过小股气流的抽吸，就能够实现边界层流动的良好控制，提高流动稳定性；同时，引出的气流还可以进一步用于发动机热端部件的冷却以及进气防冰。

(四)附图说明：

图1离心压气机扩压器叶片内引气流动控制增效装置示意图

图2离心压气机扩压器叶片表面内引气装置三维实体图

图3某叶栅

图4某叶栅尾缘吸气网格示意

图5未吸气的原型叶栅内马赫数等值线分布

图6尾缘吸气叶栅内马赫数等值线分布

图中具体标号如下：

1、扩压器    2吸气槽(或吸气孔)    3、引气管

4、集气室    5、机匣              6、轮毂

(五)具体实施方式：

本发明一种离心压气机扩压器叶片内引气流动控制增效装置，如图1所示，是由扩压器1、吸气槽(或吸气孔)2、引气管3、集气室4组成。扩压器1是离心压气机中的某个扩压器叶片；吸气槽(或吸气孔)2位于扩压器1叶片吸力面表面存在流动分离的相近区域，可以为一个或多个；引气管3位于扩压器1叶片内部，是一个连通各个吸气管的通气管道；集气室4位于机匣5(或轮毂6)流道外部，是扩压器1表面吸气槽(或吸气孔)2抽吸小股低能气流之后通过引气管3气流汇集的腔室。吸气槽(或吸气孔)2将扩压器1吸力面表面的低能流体吸入引气管3，并将其输运至集气室4，经过混压之后排出系统。其三维实体示意如图2所示。

本发明能够抑制离心压气机径向/轴向扩压器边界层分离，降低损失，提高压气机性能，同时，引出的气体可用于发动机热端部件冷却和进气防冰。

Claims (3)

1、一种离心压气机径向/轴向扩压器叶片内引气流动控制增效装置，其特征在于：它由扩压器、吸气槽、引气管和集气室构成；扩压器是离心压气机径向/轴向扩压器；吸气槽位于扩压器叶片吸力面表面存在流动分离的相近区域，可以为一个或多个；引气管位于扩压器叶片内部，是一个连通各个吸气管的通气管道；集气室位于机匣流道外部，是扩压器表面吸气槽抽吸小股低能气流之后通过引气管气流汇集的腔室；吸气槽将扩压器吸力面表面的低能流体吸入引气管，并将其输运至集气室，经过混压之后排出系统。

2、根据权利要求1所述的离心压气机扩压器叶片内引气流动控制增效装置，其特征在于：该集气室可位于轮毂流道外部。

3、根据权利要求1所述的离心压气机扩压器叶片内引气流动控制增效装置，其特征在于：该扩压器的叶片表面开设吸气槽或吸气孔，抑制离心压气机径向/轴向扩压器边界层分离，降低损失，提高压气机性能，同时，引出的气体可用于发动机热端部件冷却和进气防冰。

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